Homoplazmy - Homoplasmy - Wikipedia

Nesmí být zaměňována s Homoplasy.
Buňka vlevo nahoře je heteroplazmatická, jak ukazuje normální mitochondrie ve fialové barvě a mitochondrie s mutací mtDNA červeně. Jak se tato buňka dělí, mitochondrie se replikují a nezávisle se třídí do dceřiných buněk. To vede k pozitivní i negativní (červeně označená buňka) homoplazmii.

Homoplazmy je termín používaný v genetika popsat eukaryotickou buňku, jejíž kopie mitochondriální DNA jsou stejné.[1] V normálních a zdravých tkáních jsou všechny buňky homoplazmatické.[2] Homoplazmatické kopie mitochondriální DNA mohou být normální nebo mutované;[1] nicméně, většina mutací je heteroplazmatický[2][3] (vyskytuje se pouze v některých kopiích mitochondriální DNA). Bylo však zjištěno, že homoplazmatické mutace mitochondriální DNA lze nalézt v lidských nádorech.[4]

Termín může také odkazovat na uniformitu rostliny plastid DNA, ať už se vyskytuje přirozeně nebo jinak.[Citace je zapotřebí ]

Dědictví

Téměř u každého druhu je mitochondriální DNA mateřsky zděděné.[2] To znamená, že všichni potomci samice budou mít identickou a homoplazmatickou mitochondriální DNA. Je velmi vzácné, aby samice přenášely heteroplazmatické nebo homoplazmatické mutace kvůli genetickému úzkému místu, kde se jen několik z mnoha mitochondrií přenáší na potomky.[2]

Slávka Mytilus edulis je anomálie, pokud jde o dědičnost mitochondriální DNA. Na rozdíl od téměř všech zvířat má tento druh biparentální dědičnost pro mitochondriální DNA, což znamená, že jak samec, tak samice přispívají mitochondrie k potomkům. To bylo objeveno, když si vědci uvědomili, že většina jedinců a Mytilus edulis populace byla heteroplazmatická.[5] Vědci se také domnívají, že by to mohl být vedlejší produkt hybridizace druhů.[5]

Mutace

Existují důkazy o homoplazmatických i heteroplazmatických zděděných mutacích, které vedou k onemocnění, ačkoli heteroplazmatické mutace jsou obvykle předchůdcem homoplazmatického onemocnění.[6][7]Mnoho nemocí vyplývajících z mutací v mitochondriální DNA není zděděno, ale vyvinulo se, protože se předpokládá, že nepřekládaná oblast mitochondriální DNA je zvláště náchylná k mutacím.[8] Mnoho typů rakoviny je výsledkem mutací v mtDNA. Například bylo zjištěno, že specifický typ mutace v jedné konkrétní oblasti mtDNA je v několika různých typech nádorů.[9]

Mitochondrie často podstupují štěpení a fúze, což znamená, že různé organely ve stejné buňce se mohou spojit do jedné mitochondrie nebo se mohou rozpadnout a stát se dvěma.[10] Tento proces lze použít ke zmírnění účinků heteroplazmatických mutací. Každá mitochondrie má více nukleoidů, které se skládají z několika kopií mtDNA, a když se mitochondrie spojí dohromady, tyto nukleoidy si nevyměňují DNA; proto pokud se spojí dvě mitochondrie, které mají odlišnou DNA, budou mít pouze dva typy nukleoidů. To znamená, že fúzi lze použít ke generování komplementárních nukleoidů, pokud mutace způsobí, že jedna mitochondrie již nebude funkční. Štěpení navíc může způsobit, že se z jedné mitochondrie se dvěma různými nukleoidy stanou dvě mitochondrie, z nichž každá bude mít pouze jeden typ nukleoidu.[10] Někteří vědci se domnívají, že by to mohl být užitečný nástroj k léčbě nemocí způsobených mutacemi v mtDNA.[10]

Zděděná homoplazmatická onemocnění

Leberova dědičná optická neuropatie

Leberova dědičná optická neuropatie (LHON) je onemocnění u lidí, které je nejčastěji spojováno s homoplazmií.[7] Tento stav je charakterizován atrofií gangliové buňky sítnice, což vede k centrální slepotě a nakonec k úplné slepotě.[11] Ačkoli se dědí mateřsky, je častější u mladých mužů než u jiných věkových skupin nebo pohlaví, což vede vědce k přesvědčení, že k rozvoji onemocnění přispívá mnoho dalších genetických nebo environmentálních faktorů.[11] Vědci si konkrétně mysleli, že genetická složka mimo mitochondrie bude na chromozomu X; v několika studiích však nebyly zjištěny žádné nálezy, které by to naznačovaly.[12][13] Bylo prokázáno, že faktory prostředí, zejména cigaretový kouř, ovlivňují LHON pronikavost.[11] V jedné studii byl kondenzát cigaretového kouře použit k prokázání účinků kouření na buňky s mutací LHON. Všechny buňky byly homoplazmatické, ale některé pocházely od jedinců postižených LHON a některé pocházely od jedinců, kteří byli pouze nositeli. Vědci zjistili, že kondenzát cigaretového kouře snížil množství mitochondrií v buňkách, ale že nosiči byli schopni lépe kompenzovat než u jedinců s LHON.[11] Ačkoli existuje aditivní vliv na životní prostředí,[11] je třeba se dozvědět více o tom, proč určití homoplazmatičtí jedinci mají toto onemocnění a jiní nikoli.

Rakovina

Některé výzkumy ukázaly, že zděděná heteroplazmatická mutace může ve vyšším věku způsobit rakovinu, protože buňky se stávají homoplazmatickými.[6] V jedné studii lékaři zjistili, že nádor pacienta s rakovinou sestával pouze z homoplazmatických buněk s mutantní mtDNA a že zdravé buňky v jeho těle byly heteroplazmatické pro mutantní mtDNA.[6] Vědci dále zjistili, že sourozenci pacientů měli stejnou heteroplazmatickou mutaci. To naznačuje, že heteroplazmatická mutace byla zděděna a v průběhu času vedla k homoplazmatickým buňkám, které způsobovaly rakovinu.[6]

Viz také

Poznámky a odkazy

  1. ^ A b Heteroplazmy vs. homoplazmy. Lékařská fakulta University of Miami. Přístupné 21. října 2012.
  2. ^ A b C d Dimauro, Salvatore; Davidzon, Guido (2005). "Mitochondriální DNA a nemoc". Annals of Medicine. 37 (3): 222–232. doi:10.1080/07853890510007368. PMID  16019721.
  3. ^ Ballana, E .; Govea, N .; de Cid, R .; Garcia, C .; Arribas, C .; Rosell, J .; Estivill, X. (2008). „Detekce nerozpoznané nízkoúrovňové heteroplazmy mtDNA může vysvětlit variabilní fenotypovou expresivitu zjevně homoplazmatických mutací mtDNA.“ Hučení. Mutat. 29 (2): 248–257. doi:10.1002 / humu.20639. PMID  17999439.
  4. ^ Coller, HA; Khrapko, K; Bodyak, ND; Nekhaeva, E; Herrero-Jimenez, P; Thilly, WG (2001). „Vysokou frekvenci homoplazmatických mutací mitochondriální DNA v lidských nádorech lze vysvětlit bez výběru“. Genetika přírody. 28 (2): 147–50. doi:10.1038/88859.
  5. ^ A b Hoeh, Walter R .; Blakley, Karen H .; Brown, Wesley M. (1. ledna 1991). „Heteroplasmy navrhuje omezenou biparentální dědičnost mitochondriální DNA Mytilus“. Věda. 251 (5000): 1488–1490. doi:10.1126 / science.1672472. JSTOR  2875830.
  6. ^ A b C d Gasparre, Giuseppe; Iommarini, Luisa; Porcelli, Anna Maria; Lang, Martin; Ferri, Gian Gaetano; Kurelac, Ivana; Zuntini, Roberta; Mariani, Elisa; Pennisi, Lucia Fiammetta (1. března 2009). „Zděděná mitochondriální DNA rušivá mutace se v onkocytárních nádorových buňkách přesouvá do homoplazmy“. Lidská mutace. 30 (3): 391–396. doi:10.1002 / humu.20870. ISSN  1098-1004. PMID  19086058.
  7. ^ A b Wallace, Douglas C .; Singh, Gurparkash; Lott, Marie T .; Hodge, Judy A .; Schurr, Theodore G .; Lezza, Angela M. S .; Elsas, Louis J .; Nikoskelainen, Eeva K. (1988). „Mitochondriální DNA mutace spojená s Leberovou dědičnou optickou neuropatií“. Věda. 242 (4884): 1427–1430. doi:10.1126 / science.3201231. JSTOR  1702331. PMID  3201231.
  8. ^ Lightowlers, Robert N .; Chinnery, Patrick F .; Turnbull, Douglass M .; Howell, Neil (1997). "Savčí mitochondriální genetika: dědičnost, heteroplazmie a onemocnění" (PDF). Trendy v genetice. 13 (11): 450–455. doi:10.1016 / S0168-9525 (97) 01266-3. Citováno 8. února 2016.
  9. ^ Gasparre, Giuseppe; Porcelli, Anna Maria; Bonora, Elena; Pennisi, Lucia Fiammetta; Toller, Matteo; Iommarini, Luisa; Ghelli, Anna; Moretti, Massimo; Betts, Christine M. (22. května 2007). „Rušivé mitochondriální mutace DNA v komplexních podjednotkách I jsou markery onkocytárního fenotypu v nádorech štítné žlázy“. Sborník Národní akademie věd. 104 (21): 9001–9006. doi:10.1073 / pnas.0703056104. ISSN  0027-8424. PMC  1885617. PMID  17517629.
  10. ^ A b C Gilkerson, Robert W .; Schon, Eric A .; Hernandez, Evelyn; Davidson, Mercy M. (30. června 2008). „Mitochondriální nukleoidy udržují genetickou autonomii, ale umožňují funkční komplementaci“. The Journal of Cell Biology. 181 (7): 1117–1128. doi:10.1083 / jcb.200712101. ISSN  0021-9525. PMC  2442202. PMID  18573913.
  11. ^ A b C d E Giordano. „Cigaretová toxicita spouští Leberovu dědičnou optickou neuropatii ovlivněním počtu kopií mtDNA, oxidační fosforylace a ROS detoxikačních drah“. Buněčná smrt a nemoc. Citováno 8. dubna 2016.
  12. ^ Pegoraro, Elena; Vettori, Andrea; Valentino, Maria L .; Molon, Annamaria; Mostacciuolo, Maria L .; Howell, Neil; Carelli, Valerio (15. května 2003). „X-inaktivační vzorec ve více tkáních od dvou pacientů s leberovou dědičnou optickou neuropatií (LHON)“. American Journal of Medical Genetics Part A. 119A (1): 37–40. doi:10,1002 / ajmg.a.10211. ISSN  1552-4833. PMID  12707956.
  13. ^ Handoko, H. Y .; Wirapati, P. J .; Sudoyo, H. A .; Sitepu, M .; Marzuki, S. (1. srpna 1998). „Meiotické mapování hraničních bodů navrhovaného lokusu náchylnosti ke ztrátě zraku X v Leberově dědičné optické neuropatii“. Journal of Medical Genetics. 35 (8): 668–671. doi:10,1136 / jmg. 35,8,668. ISSN  1468-6244. PMC  1051394. PMID  9719375.

externí odkazy